语音编码技术解读
语音编码总结
语音编码总结一、历史与概念1、模拟的声音信号话音信号：（口语发声的）200Hz~3400Hz调幅广播信号：（无线广播）50Hz到7000Hz调频广播信号：（无线广播）20Hz到16000Hz激光唱机信号（CD）：10Hz~20000Hz2、话音编码技术的历史回顾10 20 50 200 3400 7000 1600 20000 Hz话音编码研究的历史表明，这一领域的研究成果直接为通信产业发展提供了源动力。
目前IP电话所用的编码的标准有G.723.1, G.728, G.729。
具有低延迟、低码率、低复杂性、高音质的话音编码算法将是未来IP电话网络的奠基石。
3、若干概念术语（1）数字信号：标称的不连续信号。
它可以用离散的步差从一个状态转变到另一个状态。
（2）采样：按周期T对模拟信号进行测量，称为采样。
采样频率Fs=1/T.在满足奈奎斯特定理时，从采样值可准确的恢复原信号。
（3）量化用数字信号表示话音的过程称为量化。
（4）非均匀量化非均匀量化可以兼顾动态范围和小信号的系统精度。
Reeves提出概念。
即对大信号取较大的量化步长。
对小信号取较小的量化步长。
二、矢量量化将k个样点构成的有序集（信源矢量集合）映射为M个恢复失量构成的有限集A（码书，码本）中的某个矢量Yi（码字，码元）的映射，称为矢量量化，它是对标量量化在K维空间的一个推广。
在一维幅度轴上划分有限个区间 1=[a0 a1)…n=[an-1 an)在每个区间里，选一个代表值 fi i I=1,2,…n 在每个子空间里，选一个代表矢量Yi={Yi1,Yi2,Yii} Yi{Si} i=1,2,…M对任一模拟信号，当其标称值属于区间i时，就用数字信号fi代表值。
语音编解码 标准
语音编解码标准的知识G.711类型：Audio制定者：ITU-T所需频宽：64Kbps特性：算法复杂度小，音质一般优点：算法复杂度低，压缩比小（CD音质>400kbps），编解码延时最短（相对其它技术）缺点：占用的带宽较高应用领域：voip版税方式：Free备注：70年代CCITT公布的G.711 64kb/s脉冲编码调制PCM。
G.721类型：Audio制定者：ITU-T所需频宽：32Kbps特性：相对于PCMA和PCMU，其压缩比较高，可以提供2：1的压缩比。
优点：压缩比大缺点：声音质量一般应用领域：voip版税方式：Free备注：子带ADPCM（SB-ADPCM）技术。
G.721标准是一个代码转换系统。
它使用ADPCM转换技术，实现64 kb/s A律或μ律PCM速率和32 kb/s速率之间的相互转换。
G.722类型：Audio制定者：ITU-T所需频宽：64Kbps特性：G722能提供高保真的语音质量优点：音质好缺点：带宽要求高应用领域：voip版税方式：Free备注：子带ADPCM（SB-ADPCM）技术G.723(低码率语音编码算法)类型：Audio制定者：ITU-T所需频宽：5.3Kbps/6.3Kbps特性：语音质量接近良，带宽要求低，高效实现，便于多路扩展，可利用C5402片内16kRAM 实现53coder。
达到ITU-TG723要求的语音质量，性能稳定。
可用于IP电话语音信源编码或高效语音压缩存储。
优点：码率低，带宽要求较小。
并达到ITU-TG723要求的语音质量，性能稳定。
缺点：声音质量一般应用领域：voip版税方式：Free备注：G.723语音编码器是一种用于多媒体通信，编码速率为5.3kbits/s和6.3kbit/s的双码率编码方案。
G.723标准是国际电信联盟（ITU）制定的多媒体通信标准中的一个组成部分，可以应用于IP电话等系统中。
其中，5.3kbits/s码率编码器采用多脉冲最大似然量化技术（MP－MLQ），6.3kbits/s码率编码器采用代数码激励线性预测技术。
语音压缩编码技术
语音压缩编码技术上传时间:2004-12-22随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。
语音压缩编码技术的类别语音编码就是将模拟语音信号数字化，数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理，可以充分利用数字信号处理的各种技术。
为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽，还需要对数字化之后的语音信号进行压缩编码，这就是语音压缩编码技术。
语音的压缩编码方法归纳起来可以分为三大类：波形编码、参数编码和混合编码。
波形编码比较简单，失真最小，方法简单，但数码率比较高。
参数编码的编码速率可以很低，但音质较差，只能达到合成语音质量，其次是复杂度高。
混合编码吸收了波形编码和参数编码的优点，从而在较低的比特率上获得较高的语音质量，当前受到人们较大的关注。
语音压缩编码技术的发展自从1937年A.H.Reeves提出脉冲编码调制(PCM)以来，语音编码技术已有60余年的发展历史。
尤其近20年随着计算机和微电子技术的发展语音编码技术得到飞速发展。
CCITT于1972年确定64kb/sPCM语音编码G.711建议，它已广泛的应用于数字通信、数字交换机等领域，至今，64kb/s的标准PCM系统仍占统治地位。
这种编码方法可以获得较好的语音质量但占用带宽较多，在带宽资源有限的情况下不宜采用。
CCITT于80年代初着手研究低于64kb/s的非PCM编码算法，并于1984年通过了32kb/sADPCM语音编码G.721建议，它不仅可以达到PCM相同的语音质量而且具有更优良的抗误码性能，广泛应用于卫星，海缆及数字语音插空设备以及可变速率编码器中。
随后，于1992年公布16kb/s低延迟码激励线性预测（LD-CELP）的G.728建议。
它以其较小的延迟、较低的速率、较高的性能在实际中得到广泛的应用，例如：可视电话伴音、无绳电话机、单路单载波卫星和海事卫星通信、数字插空设备、存储和转发系统、语音信息录音、数字移动无线系统、分组化语音等。
《语音线性预测编码》课件
这份PPT课件将介绍语音线性预测编码（LPCC）的原理、过程以及实际应用 案例，展示LPCC在语音信号处理中的重要性和应用前景。
1. 介绍
什么是语音线性预测编码（LPCC）？LPCC是一种用于语音信号压缩和识别。 LPCC的应用场景广泛，包括语音通信、语音识别、语音合成等领域。
4. 优缺点比较
与其他语音编码方法相比，LPCC具有一些独特的优点，如高压缩效率、良好的频谱保持性能等。 然而，LPCC也存在一些缺点，比如对噪声和非线性失真敏感。
5. 实际应用案例
LPCC在语音信号的压缩与传输、语音识别与语音合成等具体应用中发挥着重 要作用。
6. 结论
通过本次演示，我们可以看到LPCC在语音信号处理领域的应用前景广阔，同时也需要进一步探索和发展。 LPCC的发展趋势包括提高编码效率、降低计算复杂度以及应用于更多领域。
参考文献
1. Smith, J. O. (1997). "SPEECH ANALYSIS/SYNTHESIS BASED ON A SINUSOIDAL REPRESENTATION." Proceedings of the IEEE, Vol. 80, No. 4. 2. Rabiner, L. R., & Juang, B. H. (1993). "FUNDAMENTALS OF SPEECH RECOGNITION." Prentice-Hall.
2. 原理
语音信号的线性预测是LPCC的核心原理。通过将语音信号表示为线性预测模 型，可以准确地描述语音信号的特征和频谱成分。 LPC系数的求解和谱包络的计算是LPCC过程中的两个重要步骤。
3. LPCC的过程
语音压缩编码
语⾳压缩编码语⾳编码第⼀章⾳频1.1 ⾳频和语⾳的定义声⾳是携带信息的重要媒体，是通过空⽓传播的⼀种连续的波，叫声波。
对声⾳信号的分析表明，声⾳信号有许多频率不同的信号组成，这类信号称为复合信号。
⽽单⼀频率的信号称为分量信号。
声⾳信号的两个基本参数频率和幅度。
1.1.1声⾳信号的数字化声⾳数字化包括采样和量化。
采样频率由采样定理给出。
1.1.2声⾳质量划分根据声⾳频带，声⾳质量分5个等级，依次为：电话、调幅⼴播、调频⼴播、光盘、数字录⾳带DAT(digital audio tape)的声⾳。
第⼆章语⾳编码技术的发展和分类现有的语⾳编码器⼤体可以分三种类型：波形编码器、⾳源编码器和混合编码器。
⼀般来说，波形编码器的话⾳质量⾼，但数据率也很⾼。
⾳源编码器的数据率很低，产⽣的合成话⾳⾳质有待提⾼。
混合编码器使⽤⾳源编码器和波形编码器技术，数据率和⾳质介于⼆者之间。
语⾳编码性能指标主要有⽐特速率、时延、复杂性和还原质量。
其中语⾳编码的三种最常⽤的技术是脉冲编码调制（PCM）、差分PCM（DPCM）和增量调制（DM）。
通常，公共交换电话⽹中的数字电话都采⽤这三种技术。
第⼆类语⾳数字化⽅法主要与⽤于窄带传输系统或有限容量的数字设备的语⾳编码器有关。
采⽤该数字化技术的设备⼀般被称为声码器，声码器技术现在开始展开应⽤，特别是⽤于帧中继和IP上的语⾳。
在具体的编码实现（如VoIP）中除压缩编码技术外，⼈们还应⽤许多其它节省带宽的技术来减少语⾳所占带宽，优化⽹络资源。
静⾳抑制技术可将连接中的静⾳数据消除。
语⾳活动检测（SAD）技术可以⽤来动态跟踪噪⾳电平，并将噪⾳可听度抑制到最⼩，并确保话路两端的语⾳质量和⾃然声⾳的连接。
回声消除技术监听回声信号，并将它从听话⼈的语⾳信号中清除。
处理话⾳抖动的技术则将能导致通话⾳质下降的信道延时与信道抖动平滑掉。
2.1波形编码波形编解码器的思想是，编码前根据采样定理对模拟语⾳信号进⾏采样，然后进⾏幅度量化与⼆进制编码。
3章 语音编码与处理技术
第三章 话音编码多媒体技术多媒体技术第三章 话音编码与处理技术多媒体技术浙江工业大学信息学院 古辉gh@13.1 话音编码概要 3.2 脉冲编码调制(PCM) 3.3 增量调制与自适应增量调制 3.4 自适应差分脉冲编码调制 3.5 线性预测编码(LPC)的概念 3.6 GSM编译码器简介 3.7 语音合成 3.8 语音识别23.1 话音编码概要多媒体技术3.1 话音编码概要多媒体技术话音波形的特性话音分成三种类型：浊音(voiced sounds)，清音 (unvoiced sounds)和爆破音(plosive sounds)。
浊音是一种称为准周期脉冲(quasi-periodic pulses)激励所 发出的音，这种准周期脉冲是在声门打开然后关闭时中 断肺部到声道的气流所产生的脉冲。
清音是由不稳定气流激励所产生的，这种气流是在声门 处在打开状态下强制空气在声道里高速收缩产生的。
爆破音是在声道关闭之后产生的压缩空气然后突然打开 声道所发出的音。
不能归属到上述三种音中的任何一种音，称为混合音。
浊音段的波形举例浊音段的功率普密度举例3清音段的波形举例清音段的功率谱密度举例43.1 话音编码概要多媒体技术3.1 话音编码概要多媒体技术三种话音编译码器话音编译码器一般分成三种类型： 波形编译码器(waveform codecs)的话音质量高，但数 据率也很高； 音源编译码器(source codecs)的数据率很低，产生的 合成话音的音质有待提高； 混合编译码器(hybrid codecs)使用音源编译码技术和 波形编译码技术，数据率和音质介于它们之间。
图 普通编译码器的音质与数据率5 63.1 话音编码概要多媒体技术3.1 话音编码概要多媒体技术波形编译码器波形编译码的想法是，不利用生成话音信号的任何知识 而企图产生一种重构信号，它的波形与原始话音波形尽 可能地一致。
时域法(time domain approach)脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)，它仅仅是 对输入信号进行采样和量化。
四种语音编码方法简介
四种语⾳编码⽅法简介
G.711编码
G.711 ⼀种⾳频压缩标准，⽤于数字PBX/ISDN上的数字式电话。
在G.711中，经过编码的语⾳已经具有了在PSTN中或者通过PBX传输数字语⾳的正确格式。
G.711使⽤的是64Kbps的带宽。
符合G.711的设备可以与其他G.711设备进⾏通信，但是不能与G.723设备通信。
ITU-T在它的G 系列建议中详细介绍了这项标准。
iLBC编码
iLBC 是全球著名语⾳引擎提供商Global IP Sound开发，它是低⽐特率的编码解码器，提供在丢包时具有的强⼤的健壮性。
iLBC 提供的语⾳⾳质等同于或超过 G.729 和 G.723.1，并⽐其它低⽐特率的编码解码器更能阻⽌丢包。
iLBC 以13.3 kb/s (每帧30毫秒)和15.2 kb/s (每帧20毫秒)速度运⾏，很适合拨号连接。
G.729编码
G.729 ITU-T的标准语⾳算法。
它描述了⽤CS-ACELP⽅法以8Kbps的⽐特速率对语⾳进⾏编码/译码的⽅法。
G.723.1编码
G.723.1 ⼀种能够以⾮常低的位速率压缩语⾳或者⾳频信号的压缩技术，它是H.324标准系列的⼀部分。
这种编译码⽅式可以使不同的通信设备利⽤⼀种标准化的通信协议进⾏通信。
它可以⽤在以6.4或者5.3Kbps产⽣数字⾳频信号的数字式PBX/ISDN上。
较⾼的⽐特速率可以提供较⾼的声⾳质量。
较低的⽐特速率可以为系统设计⼈员提供更⾼的灵活性。
ITU-T在它的G系列建议中详细介绍了这项标准。
5 移动通信原理 第五章 语音编码、信道编码和交织技术
第5章语音编码、信道编码和交织技术引言一般的数字通信系统都包含信源编解码、信道编解码和调制解调这三对功能模块，语音编码是一种信源编码的，在移动通信中由于信道的特点，往往还需要交织和去交织这一对功能模块。
为什么要进行信源编码、信道编码和交织呢？从实现过程分析：信源编码——原理：去掉一些信息（信源中统计特性具有相关性的信息）；（有效性）目的：尽可能用最少的信息比特表示信源，从而达到压缩信息速率，以较少的信息速率传送信息；信道编码——原理：加入一些信息（监督码或检验码）；（可靠性）目的：用来供接收端纠正或检出信息在信道中传输时，由于干扰、噪声或衰落等所造成的误码。
交织——原理：不改变信息量，只改变信息的排序；（可靠性）目的：克服信道中由于深衰落而造成的突发的成串的误码。
对本章的学习，我们复习信源编码和信道编码的基础上，重点掌握：1．移动通信对编码的要求；2．蜂窝移动通信典型系统用到的编码方式；3．在这些系统中的实现过程；4．交织的原理和作用。
5.1 语音编码通信系统中的语音编码的目的是解除语音信源的统计相关性，语音编码大致分为三类。
一．语音编码的分类（参考：《吴伟陵，《移动通信原理》，电子工业出版社，P72）1．波形编码波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。
这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码速较高。
常用的波形编码及其原理：PCM、DPCM、ADPCM应用：适用于骨干（固定）通信网。
2．参量编码利用人类的发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。
在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。
参量编码的主要标准是可懂度。
显然，这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为目的的编码方式，其码速较低。
（声码器）常用的参量编码及其原理：LPC应用：主要用于军事保密通信。
3．混合编码混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础，并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方式。
语音编码和信道编码
动
度为 P(W/Hz)，其信道容量可由下面的
通 信
香农公式给出：
原
理
C = B l o g 2 1 N P 0 B B l o g 2 1 N S （ 5 - 1 ）
动 通
对有些应用带来困难（例如对实时语
信 音），但它是目前已知的可实现的最好
原 的编码技术之一。
理
7
第6章 语音编码和信道编码技术
• 6.1 语 音 编 码
移 动
• 6.2 信 道 编 码
通
信
原
理
8
1、 概述
• 语音编码技术通常分为三类
移
– 波形编码（如PCM）
动
– 声源编码（或参量编码）
通 信
编码器类型
比特率/（kbit/s）
复杂度MIPS
时延/ms
质量
脉冲调制
64
自适应差分脉码调制
32
自适应子频段编码
16
多脉冲线性预测编码
8
随机激励线性预测编码
4
线性预测编码的声码
2
0.01 0.1 1 10 100 1
0
高级
0
高级
25
高级
35
通信级
35
通信级
35
合成级
16
5、数字基带信号常用码型
• 矩形脉冲信号所占频带通常从直流和低频
理
对语音进行编码
– 发声时全速率9.6kbit/s编码
– 不发声时为全速率的1/8速率（1.2kbit/s）编码
– 其余就是发声和不发声的过度速率，即全速率的1/2 和1/4速率
33
IS-95系统语音编码器
• QCELP方案即码激励线性预测的可变速
第5章__语音编码、信道编码和交织
本章提示
突发性干扰是快衰落在衰落深度和持续 时间较长的情况下， 时间较长的情况下，对信号造成成串的错 用一般信道编码方法很难纠错； 误，用一般信道编码方法很难纠错；只能 用交织技术将成串的错误转换成随机差错 再用信道编码方法纠错。 后，再用信道编码方法纠错。
本章提示
所有纠错编码的设计思路是如何适应信 道，即什么类型信道就采用什么类型对应 的纠错编码。如果是随机独立差错， 的纠错编码。如果是随机独立差错，可采 用BCH码、卷积码等。然而交织编码的设 码 卷积码等。 计思路不是为了适应信道， 计思路不是为了适应信道，而是为了改造 信道。 信道。它是通过交织与去交织将一个有记 忆的突发差错信道改造为基本上是无记忆 的随机独立差错的信道， 的随机独立差错的信道，然后用纠随机独 立差错的纠错码来纠错。 立差错的纠错码来纠错。
低比特率语音编码器的性能比较
比特率/（kbit/s） 64 32 16 8 4 2 复杂度 MIPS 0.01 0.1 1 10 100 1 时延/ms 0 0 25 35 35 35 质 高级 高级 高级 通信级 通信级 合成级 量
5.1.6 GSM系统语音编码器 系统语音编码器
1．GSM系统语音编码器性能要求 ． 系统语音编码器性能要求 GSM：13kbps，语音质量 ，抗误码性能好， ： ，语音质量3.8，抗误码性能好， 编解码延时30ms 编解码延时 （1）语音质量 ） 对语音编码最基本的要求就是用户角度测试， 对语音编码最基本的要求就是用户角度测试，在 可工作的范围内，平均语音质量应至少不低于 可工作的范围内，平均语音质量应至少不低于 900MHz模拟移动系统。 模拟移动系统。 模拟移动系统 语音编码算法应具有很强的适应频谱以及电平变 语音编码算法应具有很强的适应频谱以及电平变 化的能力。 化的能力。 语音编码器能够不受环境噪声 不受环境噪声以及很多语音信号 语音编码器能够不受环境噪声以及很多语音信号 混杂的干扰。 混杂的干扰。